1.24.2. Frenos

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Circuito hidráulico simple; elementos y funcionamiento

Auto aproximación de pastillas

Se parte de la imagen anterior con un lado del sistema de frenos, con discos y tambores:

  • Al desgastarse el material de fricción de las pastillas
  • … los pistones se han desplazado (arrastrado) de las juntas de estanqueidad, al haber recorrido más distancia que la que permite su deformación
  • Al soltar el pedal de freno el retorno de los pistones es el que permita la deformación de las juntas de estanqueidad, cuya posición se ha alterado, por lo que se mantendrá la misma distancia entre pastillas y disco que en reposo
  • La separación de las pastillas se hace por un mínimo alabeo de los discos de freno
  • El volumen en las pinzas al haberse aproximado las pastillas por el avance de los pistones lo ocupa el líquido de frenos, que va bajando de nivel
  • Por esta razón no se ha de rellenar, excepto si hay fuga, pues recuperará el nivel normal con pastillas nuevas
  • Al llegar al límite de espesor el material de fricción de la pastilla, el cable sensor de desgaste de pastillas entra en contacto con el disco encendiendo el testigo de desgaste de pastillas
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Si el nivel llega al mínimo indica que hay probablemente pérdida de líquido, se puede rellenar hasta llegar al taller si la fuga no es importante.

Si desciende algo el nivel es, como se ha comentado, por el desgaste de los elementos fusibles de frenos, por lo que no se ha de rellenar.

Según se desgasta el material de fricción de las zapatas se ha de hacer una aproximación mediante intervención mecánica en taller.

Se evita incorporando mecanismos que van aproximando automáticamente las zapatas según se van desgastando.

La aproximación de las zapatas, mecánica o automáticamente, implica que líquido adicional ocupe más volumen en los bombines, bajando el nivel en el depósito como al desgastarse las pastillas.

Regulador de frenada trasera

Al circular el automóvil está sometido a grandes variaciones de inercia que alteran el peso sobre las ruedas, y de este peso depende la capacidad de frenada.

Si la fuerza de frenada en alguna rueda supera la adherencia disponible tenderá a bloquearse, dejar de girar, perdiendo capacidad de mantener la trayectoria.

El coche de la imagen tiene discos delante y tambores detrás, identificándose estos elementos de frenos; pedal, bomba, depósito y circuito hidráulico:

  • El peso del automóvil es soportado por las cuatro ruedas, y este peso en cada una varía por la carga y situaciones dinámicas, aceleración, frenada y curvas
  • En frenada aumenta el peso sobre las ruedas delanteras y disminuye sobre las traseras
  • Si la fuerza de frenada en las ruedas traseras se acerca o supera la adherencia la rueda girará más lento e incluso se bloqueará, lo que implica que no puede mantener la trayectoria provocándose sobreviraje, difícil de corregir
  • Se soluciona esta situación colocando en el circuito de los frenos traseros un regulador de frenada; al frenar la fuerza de frenada sale de la bomba por el circuito delantero y trasero, al llegar al regulador se reduce la fuerza de frenada que llega con menos valor a las ruedas traseras, evitando que lleguen a bloquearse
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Las variaciones de carga en el automóvil son diversas, así como las alteraciones dinámicas de peso sobre las ruedas, por lo que a esta idea de regulador de frenada hay que buscarle la mayor versatilidad que sea posible, es lo que se explica a continuación.

Los cuatro tipos de regulador

Estos tipos de reguladores de frenada trasera son más idóneos cada uno para diferentes automóviles, según sus implantaciones y usos previstos, esta parte de aplicación se verá en el resumen repaso, seguidamente se explican los sistemas que existen:

Limitador fijo de frenada trasera LFT

  • La presión aumenta delante y detrás simultáneamente hasta un valor, 40 bares en este ejemplo, y delante sigue aumentando como se ve hasta 100 bares, sin que detrás pase de 40

Limitador variable de frenada trasera LVFT

  • La frenada trasera va aumentando con la delantera hasta un valor, pero este no es fijo pues depende de la carga que gravite sobre las ruedas traseras, indicado por la altura de la suspensión que mediante una conexión mecánica adapta el valor de limitación de frenada trasera
  • En la imagen puede limitar la presión de frenada trasera a 40 bares en vacío, 60 bares con más peso y otros valores según la altura de la carrocería, llegando delante a 100 bares o más y detrás según la carga

Compensador de frenada trasera CFT

  • Este sistema permite que la presión de frenada aumente por igual delante y detrás hasta un valor, por ejemplo 25 bares, a partir de este punto si se sigue frenando la presión trasera aumenta un 25% de lo que lo haga la delantera
  • Tomando como ejemplo que delante se ha llegado a 100 bares, detrás se llega a 25 + el 25% de 75 que da un total de 43,75 bares

Compensador variable de frenada trasera CVFT

  • Este sistema combina limitador variable y compensador
  • El punto de inflexión de limitación de frenada trasera depende de la carga, proporcional a la altura de carrocería, en la imagen se indican estos cuatro valores, 25, 40, 60 y 80, a lo que se ha de sumar el 25% de lo que haya aumentado la presión delantera
  • Estos serían los resultados para estos cuatro puntos de limitación de la presión según la carga y aumento posterior al seguir frenando hasta 100 bares delante:
    • Con limitación trasera de 25 bares; 100 – 25 = 75. 25% de 75 = 18,75. 25 + 18,75 = 43,75
    • Con limitación trasera de 40 bares; 100 – 40 = 60. 25% de 60 = 15. 40 + 15 = 55
    • Con limitación trasera de 60 bares; 100 – 60 = 40. 25% de 40 = 10. 60 + 10 = 70
    • Con limitación trasera de 80 bares; 100 – 80 = 20. 25% de 20 = 5. 80 + 5 = 85
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Estos sistemas van tratando de lograr el mejor equilibrio entre la carga y las condiciones dinámicas, pero el funcionamiento mecánico implica limitaciones y desgastes haciendo que su eficacia quede reducida.

Además, los valores de regulación de frenada trasera se determinan para piso deslizante por seguridad activa o primaria, lo que supone que en piso adherente la merma de eficacia de frenada trasera es considerable.

Asistencia a los frenos “servofreno”

Con el aumento de prestaciones y equipamiento de los automóviles los frenos requieren incrementar proporcionalmente su eficacia, lo que implica más dureza de accionamiento, afectando a la seguridad activa y el confort.

Se ha de reducir el esfuerzo que hace el conductor sobre el pedal de freno:

  • La acción de frenar exige del conductor una fuerza sobre el pedal
  • Esta fuerza es sensiblemente mayor si el coche tiene frenos de disco, como en este caso los delanteros
  • La idea es reducir la fuerza que ha de hacer el conductor sobre el pedal de freno… y multiplicarla a través del servofreno
  • El servofreno está entre el pedal y la bomba de frenos
  • Al frenar el conductor ejerce una fuerza reducida sobre el pedal y el servofreno la multiplica antes de la bomba
  • La bomba con la fuerza aumentada la envía al circuito hidráulico de frenos, llegando a las ruedas, con menor valor a las ruedas traseras por la actuación del regulador de frenada trasera
  • Se ven dos imágenes ampliadas del servofreno, una en radiografía que se explica seguidamente
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Este sistema de servofreno es en realidad un “ayuda pedal”, pues multiplica la fuerza del conductor sobre este.

El sistema nominal de servofreno se basa en multiplicar la fuerza por diferencia de diámetro entre distintos pistones y cilindros en el circuito hidráulico, como funciona una excavadora o una grúa.

Pero está asumido para el automóvil identificar el sistema de ayuda pedal como servofreno.

Detalle de funcionamiento

  • Se ve un motor de gasolina con 4 cilindros en línea y el colector de admisión, bomba de frenos con depósito del líquido, circuito hidráulico y pedal de freno
  • En el colector de admisión está la mariposa de gases
  • Servofreno que está hueco en su interior
  • Una placa dentro del servofreno está conectada al pedal de freno, tapando unos conductos que comunican con el exterior
  • A la izquierda de la placa hay una membrana flexible que está acoplada al pistón de la bomba de frenos por una placa metálica central
  • Esta membrana divide en dos cámaras el servofreno, izquierda y derecha, unos taladros comunican las dos cámaras del servofreno
  • La membrana se mantiene en reposo hacia la derecha por efecto de un muelle
  • Un conducto en el colector de admisión entre la mariposa y el motor comunica con la cámara izquierda del servofreno, pasando por una válvula anti retorno, que se abre cuando hay depresión y se cierra si no es así
  • Sin accionar el pedal de freno hay depresión en las dos cámaras, pues están comunicadas por los pasos en la placa soporte de la membrana, y la placa del eje del pedal de freno tapa los conductos que comunican con el exterior la cámara derecha
  • Se identifican los elementos; servofreno, membrana elástica y válvula anti retorno
  • En esta situación, como se ha dicho, hay depresión en las dos cámaras
  • Al frenar la placa del eje del pedal de freno abre los conductos que comunican la cámara derecha con el exterior y cierra los que comunican las dos cámaras; la depresión de la cámara derecha escapa al exterior y al estar incomunicadas las dos cámaras se mantiene la depresión en la izquierda
  • La depresión en la cámara izquierda empuja al pistón de la bomba de frenos sumando esta fuerza a la que hace el conductor, es el efecto de asistencia a la frenada del servofreno
  • Al soltar el pedal de freno y acelerar la depresión disminuye en el colector de admisión lo que hace que la válvula antirretorno cierre manteniendo la depresión en las dos cámaras del servofreno
  • En motores sin mariposa de gases la depresión en el colector de admisión es insuficiente para que aumente la fuerza de frenada el servofreno, se recurre a una bomba de depresión o de vacío accionada por el motor para generar la depresión necesaria
  • También es frecuente utilizar este sistema en motores sobrealimentados
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La fuerza que aporta el servofreno es proporcional a su diámetro, si se requiere que sea demasiado grande se utilizan dos, uno a continuación del otro, es el servofreno tándem, el resultado es duplicar la fuerza de asistencia.

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Cómo funciona el servo-freno? La primera explicación.

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